فناوری نانوحبابهای هلیوم راز شکلگیری طلا و عناصر سنگین در کیهان را فاش کرد

فناوری نانوحبابهای هلیوم راز شکلگیری طلا و عناصر سنگین در کیهان را فاش کرد, دانشمندان دانشگاه سوری در بریتانیا با بهرهگیری از فناوری پیشرفته نانوحبابهای هلیوم، پیشرفتی چشمگیر در پاسخ به یکی از پرسشهای بنیادین اخترفیزیک به دست آوردهاند. این پژوهش که در مرکز ملی شتابدهنده کانادا (TRIUMF) انجام شده، مکانیزم پدیدارشدن عناصر سنگینتر از آهن — نظیر نقره، طلا و اورانیوم — را در اعماق کیهان روشنتر میکند.

از فرآیند کند تا راز فرآیند سریع تا پیش از این، دانشمندان دو مسیر اصلی برای تشکیل عناصر سنگین را شناسایی کرده بودند فرآیند کند که در هسته ستارگان رخ میدهد و به خوبی شناخته شده، و فرآیند سریع که در محیطهای پرانرژی کیهانی نظیر ابرنواخترها و برخورد ستارگان نوترونی اتفاق میافتد.

با این حال، شواهد اخیر وجود یک نوع ضعیفتر از را آشکار کرده که تنها عناصر سنگین متوسط (با عدد اتمی ۳۷ تا ۴۷) را تولید میکند و تا طلا یا اورانیوم ادامه نمییابد. نقش کلیدی ایزوتوپ استرانسیوم-۹۴ تیم پژوهشی به رهبری دکتر متیو ویلیامز، عکسالعمل هستهای خاصی را بررسی کرد که در آن ایزوتوپ رادیواکتیو استرانسیوم-۹۴ با جذب ذره آلفا (هسته هلیوم)، یک نوترون آزاد کرده و به زیرکونیوم-۹۷ تبدیل میشود.

این واکنش کلیدی در درک زنجیره تولید عناصر در فرآیند ضعیف است. فناوری نوین نانوحبابهای هلیوم آزمایش شامل مراحل پیچیدهای بود تولید یونهای استرانسیوم-۹۴ از بمباران مقصد اورانیومی با پروتونهای پرانرژی، جداسازی با لیزر و طیفسنج مغناطیسی، شتابدهی به انرژیهای شبیه انفجارهای ابرنواختری، و در نهایت برخورد با هدف سیلیکونی حاوی میلیاردها نانوحباب هلیوم.

این فناوری که توسط مؤسسه علوم مواد سویل (CSIC) در اسپانیا توسعه یافته، تراکم بالای هلیوم در حجم کوچک را امکانپذیر کرده و برای نخستین بار اندازهگیری دقیق واکنشهای سوزش هلیوم با پرتوهای رادیواکتیو را محقق ساخت. کاربردهای دوگانه از کیهان تا راکتورهای هستهای دادههای حاصل از آرایه آشکارسازهای گاما و طیفسنج جرمی، اکنون در اختیار مدلسازان اخترفیزیک قرار گرفته تا نقشههای دقیقتری از نوکلئوسنتز در کیهان ترسیم کنند.

ویلیامز تأکید میکند این روش میتواند در آینده برای اندازهگیری تعداد زیادی واکنشهای مشابه به کار رود و مکان دقیق وقوع ضعیف — در بادهای نوترینویی ابرنواخترها یا ماده پرتابشده در برخورد ستارگان — را مشخص سازد. علاوه بر جنبههای کیهانی، نتایج این تحقیق پیامدهای صنعتی مهمی دارد.

با بهروزرسانی مدلهای واکنش هستهای برای ایزوتوپهای رادیواکتیو، امکان طراحی مواد مقاومتر برای راکتورهای هستهای فراهم شده که عمر طولانیتری دارند و دیرتر نیاز به تعویض مییابند. فناوری نانوحبابهای هلیوم بدین ترتیب هم دریچهای نو به تاریخ کیهانی عناصر گشوده و هم نوآوریهای انرژی هستهای را به پیش میرانند.